系统分析与程序设计Word文档格式.docx

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使学生了解对系统的定义不同学者给出的表述各有不同，钱学森定义的只是其中的一种，掌握系统定义可从以下三个方面学习掌握

第一:

系统是由若干元素组成的有机整体，这些元素可以是单个的事物和过程，也可以是若干事物和过程构成的子系统。

第二:

构成系统的元素之间、元素与系统之间、系统与环境之间均存在着一定的有机联系，系统的这种内部和外部结构，决定了系统特定的性质。

第三:

任何系统都具有某种特定功能，这种功能是系统整体的功能，并不等于各组成元素部分功能的简单总和，这种特定的功能，是由系统内部的特有结构和有机联系所决定的。

2.系统的特征：

整体性、关联性、层次性、适应性、动态性

●整体性指系统元素之间的相互关系以及元素与系统之间的关系。

系统不是构成要素和某种联系方式的简单组合，而是构成要素相互联系、相互作用在新的本质水平上形成的有机整体。

●系统整体性有着丰富的内涵:

其一是系统构成要素有机联系的统一性。

构成要素对系统的整体功能产生一定程度的影响。

而系统使处于其中的任一构成要素，在与其它构成要素的相互联系中，具备其特有的属性，发挥应有的功能；

（系统为组成要素提供发挥功能的条件）

其二是系统功能的非加和性，即是系统的整体功能通常并不等于各局部功能之和。

一个系统的整体功能不仅取决于它的构成要素，更主要的还取决于构成要素之间的联系总和。

构成要素的这种有机联系，使系统在更高层次上具有整体性的新功能。

因此，系统整体功能往往大于各局部功能的简单叠加之和。

其三是系统的整体结构性。

优化结构是系统获取良好整体功能的有效途径，优良的构成要素并不等于系统整体功能优良。

反之，整体功能最优也不等于构成要素最优。

这里，起着重要作用的因素是系统的结构性

●关联性：

指系统各元素之间相互作用、相互依赖、相互制约的关系。

内部的关联性：

系统中的任何一个元素均通过系统与其它元素相关联，如果某一元素发生变化，与它相关联的元素也会相应地变化和调整，才能保持系统整体上的最优结构和形态。

环境的关联性：

一般表现为物质、能量和信息的交换，即环境对系统的输人和系统对环境的

输出。

研究系统与环境的关联性，应该明确特定时间和空间条件下系统与环

境的界限。

随着时间和空间的变化，系统与环境的界限也会发生相应变化。

在变化中明确系统边界；

分析系统的输出和输人，掌握系统的动态特性。

现代系统论研究结果表明，系统的构成要素在一定的环境条件下，相互关联、相互制约、相互依托和相互竞争，最终会形成某种有序结构。

而且这种有序化过程，可以使系统产生一定的选择性，沿着特定方向加速进行。

●层次性：

指一般系统都具有一定的层次结构关系。

一个系统可以分解为若干子系统，子系统又可以分解为若干亚子系统，经过逐层分解，直到最终分解为若干要素。

这样，就形成一个系统、特定的空间层次结构。

系统的层次结构表明，不同层次的子系统、亚子系统之间，同一层次的不同要素之间的相互关系。

这种关系或者是序列型的从属关系，或者是非序列型的层次相关关系等。

各层次的子系统或元素之间相互关联、相互作用，以其特定的目标而协调运行。

●适应性：

指系统对环境变化的适应程度。

表现在系统与环境的相互作用上：

（1）系统存在于一定的环境之中，不断地与环境进行物质、能量和信息的交换，使其与外部环境相适应。

（2）环境发生变化传递到系统内部，必然引起系统要素的波动，导致系统内部有序结构的变化和调整。

反之，系统要素功能和结构变化传递到系统外部，也会引起环境要素的波动。

在交换、运动和调整中，系统保持与外部环境的适应性，能够经常与环境保持最佳适应状态的系统，是能够生存和发展的理想系统，不能适应变化环境的系统是难以存在的。

系统既适应于环境，又独立于环境，设有这种相对独立性，难以形成特色各异、变化万千的世间万事万物。

●动态性：

系统是发展变化的系统，结构是运动中的结构，联系是过程中的联系，稳定是交换中的稳定，动态性是系统最本质的特性之一。

在时间上：

系统的状态不是静止的，而是随着时间变化而变化，必须分析系统结构和功能的动态情况。

在空间上：

系统的内部要素之间，系统与环境之间的相互联系、相互作用都是在运动变化中实现的。

正是由于系统与坏境不断地交换物质、能量和信息，使系统在开放和动态中形成新的稳定和平衡。

社会经济系统是一个非平衡的复杂开放系统，经常不断地输人劳力、资金、物质和信息，输出产品、废品和垃圾等，在一定条件下保持稳定有序的状态

3.系统的分类

●自然系统与人造系统

自然系统：

是由自然过程产生的系统。

这类系统是自然物（矿物、植物、动物等）所形成的系统，像海洋系统、生态系统等。

人造系统：

则是人们将有关元素按其属性和相互关系组合而成的系统。

如人类对自然物质进行加工，制造出各种机器所构成的各种工程系统。

●实体系统与概念系统

实体系统：

凡是以矿物、生物、机械和人群等实体行为构成要素的系统称之为实体系统。

概念系统：

凡是由概念、原理、原则、方法、制度、程序等概念性的非物质实体所构成的系统称为概念系统，如管理系统、军事指挥系统、社会系统等。

在实际生活中，实体系统和概念系统在多数情况下是结合的，实体系统是概念系统的物质基础，而概念系统往往是实体系统的中枢神经，指导实体系统的行为。

例如，军事指挥系统中既包括军事指挥员的思想、信息、原则、命令等概念系统，也包括计算机系统、通讯设备系统等实体系统。

●开放系统与封闭系统

开放系统：

是指系统与环境之间具有物质、能量与信息的交换的系统。

开放系统一般具有自适应和自调节的功能。

封闭系统：

是指系统与环境之间没有物质、能量和信息的交换，由系统的界限将环境与系统隔开，因而呈一种封闭状态的系统。

值得强调的是，现实世界中没有完全意义上的封闭系统。

系统的开放性和封闭性概念不能绝对化，只有作为相对的程度来衡量才比较符合实际

●简单系统、简单巨系统和复杂巨系统

简单系统：

是指组成系统的子系统（要素）数量比较少，而且子系统之间的关系也比较简单的系统，如一个工厂、一台设备等。

简单巨系统：

是指组成系统的子系统数量非常多、种类相对也比较多（如几十种、甚至上百种），但它们之间的关系较为简单的系统.

复杂巨系统：

是指组成系统的子系统数量很多，具有层次结构，它们之间的关系又极其复杂的系统，如生物体系统、人脑系统、社会系统等。

其中社会系统是以有意识活动的人作为子系统的，是最复杂的系统，所以又称为特殊的复杂巨系统。

这些系统又都是开放的，所以也称为开放的复杂巨系统。

目前，研究、处理开放的复杂巨系统的方法尚在探讨中。

第二节:

系统工程

1.什么是系统工程

系统工程是以研究大规模复杂系统为对象的一门交叉学科。

综合运用各种学科的知识、技术、和经验。

它是把自然科学和社会科学的某些思想、理论、方法、策略和手段等根据总体协调的需要，有机地联系起来。

把人们的生产、科研或经济活动有效地组织起来，应用定量分析和定性分析相结合的方法及计算机等技术工具，对系统的构成要素、组成结构、信息交换和反馈控制等功能进行分析、设计、制造和服务，从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目的。

●2.系统工程的研究对象与内容

研究对象：

系统工程是一门工程技术，但它与机械工程、电子工程、水利工程等具体的工程学的某些特征又不尽相同。

各门工程学都有其特定的工程物质对应，而系统工程的对象，则不限定于某种特定的工程物质对象，任何一种物质系统都能成为它的研究对象，而且还不只限于物质系统，还可以是自然系统、社会经济系统、管理系统、军事指挥系统等。

由于系统工程处理的对象主要是信息，所以国外的有些学者认为系统工程是“软科学”

研究内容：

系统分析、系统设计、系统模型化、系统的最优化、系统的组织管理、系统评价、系统预测与决策等。

3.系统工程的产生与发展

系统工程的产生：

20世纪初由于社会实践的需要，大大推动了系统的定量研究。

进入20世纪40年代，相继产生了运筹学、控制论、信息论和一般系统论，以及直接用来解决实践问题的系统工程和系统分析，形成了能够定量处理系统各组成部分相互联系、相互作用和相互制约的科学方法。

我国从20世纪50年代开始以运筹学的应用研究为主，由美国回国的钱学森、许国志大力提倡运筹学。

随着我国“两弹一星”事业的发展和取得成功，以计划协调、组织管理为特色的系统工程技术得到了迅速的发展。

到70年代我国在运筹学的各主要学术分支上都建立了一定的基础。

然而，因为这一学科领域实质上将涉及到人类对整个客观世界更深层次本质规律的探求，时至今日，她仍然处在其发展过程中的某种实实在在的初级阶段。

不仅作为其基础理论的系统科学尚未形成一个初步的共识框架，在系统观念与目的性原则指导下进行的一系列工程应用中形成的系统工程理论与方法亦有待于逐步深化、完善。

系统工程的发展：

系统工程是组织管理系统的技术,它从系统整体出发,根据总体目标的需要,以系统方法为核心并综合运用有关科学理论方法,以计算机为工具,进行系统结构、环境与功能分析与综合,包括系统建模、仿真、分析、优化、运行与评估,以求得最好的或满意的系统方案并付诸实施。

3

4系统工程在水利学科领域中应用

国外：

系统分析方法在水资源系统中的应用可追溯到20世纪50年代，当时美国水资源委员会报告中最早综述了水资源的开发、利用和保护等问题。

1955年哈佛大学开始研究水资源工程的特点以及其规划、设计和管理运行中的方法，其目的是以水的各种功能产生的效益为目标，求出水资源规划、设计和运行管理的最佳方案。

同时加利福尼亚州立大学也开始研究水资源系统的优化问题。

1959年美国科罗拉多州立大学组织美国西部地区水资源学术研讨会。

到20世纪80年代运筹学理论方法被应用到水资源系统中。

国内：

从70年代后期到80年代，水资源领域在防洪、发电、灌溉、排涝等规划中应用了系统分析，将运筹学应用于水资源的规划管理中。

谭维炎（1982）应用随机动态规划对水电站水库进行最优调度，对提高水电站群的保证出力，增加年平均发电量运行方案进行优化。

施熙灿（1987）利用非线性规划模型对待建水电站装机容量等参数进行了优选。

王长桂、方子云（1987）将多目标动态规划应用在水库和河流水污染控制系统的多目标决策分析上[9]。

胡振鹏、冯尚友将动态规划模型应用到水资源规划管理中。

第三节系统分析的概念

一．系统分析的由来：

系统分析（SystemAnalysis）一词来源于美国的兰德（RAND,ResearchandDevelopment）公司。

该公司由美国道格拉斯飞机公司于1948年分离出来，是专门以研究和开发项目方案以及方案评价为主的软科学咨询公司。

长期以来，兰德公司总结了一套解决复杂问题的方法和步骤，他们称之为“系统分析”。

第二次世界大战后，系统分析逐步由武器系统分析转向国防战略和国家安全政策的系统分析。

20世纪60年代以来，系统分析才逐渐运用到政府机构和企业界政策与决策问题研究。

•目前已广泛应用于社会、经济、能源、生态、城市建设、资源开发利用、医疗、国土开发和工业生产等问题

二．系统分析定义：

广义的解释是把系统分析作为系统工程的同义语，认为系统分析就是系统工程。

狭义的解释是把系统分析作为系统工程的一个逻辑步骤，系统工程在处理大型复杂系统的规划、研制和运用问题时，必须经过这个逻辑步骤。

所谓系统分析：

就是为了发挥系统的功能及达到系统的目标，利用科学的分析方